JPH09107589A - 配管内通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管内通信を１：ｎで行う配管内通信システ
ムにおいて、各配管内に配備された送受信機に中継機能
を持たせることにより、伝送距離が長い送受信機に対し
て信頼性の高いデータ伝送を行うことが可能な配管内通
信システムを提供する。 【解決手段】 データの通信を配管内を通信路として使
用し、中継点において送受信を行うことにより配管内通
信を１：ｎで行う配管内通信システムにおいて、データ
の入出力制御を行うためのコントロールパネル４と、前
記コントロールパネル４との間でデータの入出力を行う
ための配管路の複数の中継点に各々配備された送受信機
３と、を備え、前記複数配備された各送受信機３は、コ
ントロールパネル４の有するルート情報に応じて、特定
の中継点に配備された送受信機３に対して信号を送受信
する中継機能を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はデータの通信を配管内を
通信路として使用し、中継点において送受信を行うこと
により配管内通信を１：ｎで行う配管内通信システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば水道やガスの使用量等のデ
ータ（検針データ）を通信システムを介してセンターで
集中的に収集するシステムが構築されている。例えば、
データの通信を配管内を通信路として使用し、音波等を
利用して通信先に配備された送受信機との間でデータの
やりとりを効率的に行い、コントロールパネルと各送受
信機との配管内通信を１：１で行うシステムが提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の通信システムには次のような課題がある。コント
ロールパネルと送受信機間の伝送距離が長い場合には、
音波等の伝送波は減衰するためデータの伝送ができない
場合が生ずる。従って、１つのコントロールパネルより
通信できるエリアが限定され、管理システムが複雑化す
る。これに対し、通信路の中間に中継機（増幅器）を別
個に設置する場合には、システムのコストが高くなる。

【０００４】本発明は、配管内通信を１：ｎで行う配管
内通信システムにおいて、各配管内に配備された送受信
機に中継機能を持たせることにより、伝送距離が長い送
受信機に対して信頼性の高いデータ伝送を行うことが可
能な配管内通信システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、データの通
信を配管内を通信路として使用し、中継点において送受
信を行うことにより配管内通信を１：ｎで行う配管内通
信システムにおいて、データの入出力制御を行うための
信号制御手段と、前記信号制御手段との間でデータの入
出力を行うための配管路の複数の中継点に各々配備され
た送受信手段と、を備え、前記複数配備された各送受信
手段は、信号制御手段の有するルート情報に応じて、特
定の中継点に配備された送受信手段に対して信号を送受
信する中継機能を備えたことを特徴とする。

【０００６】また、前記信号制御手段は、複数配備され
た各送受信手段より随時データの受信レベルを測定し、
中継点となり得る各送受信手段のうち最も効率的な通信
相手とデータの送受信を行うようにルート情報を書き換
えて制御信号を送信することを特徴とする。

【０００７】上記構成によれば、例えばコントロールパ
ネルより配管内にルート情報を有する制御信号（検針デ
ータ送信要求）を発信すると、例えば各配管路にガスメ
ータ等に対応して設置された第１の送受信機がこれを受
信して第２の送受信機に信号増幅して送信し、第２の送
受信機は第３の送受信機に制御命信号を信号増幅して送
信する、という動作を繰り返すことにより、信号を減衰
することなく各送受信機に伝送することができる。また
各送受信機からは、制御命令に応じたデータ信号（検針
データ報告送信）が送り返され、例えば第３の送受信機
の検針データは第２の送受信機に送信され、また第２の
送受信機は該データを第１の送受信機に送信し、第１の
送受信機は該データをコントロールパネルに送信して、
各送受信機との間で送受信が行われる。

【０００８】また、上記コントロールパネルは、制御信
号を送る前に、予めポーリングにより各配管路に配備さ
れた送受信機のデータ受信レベルを測定してルート情報
を決定し、中継点のうち故障している送受信機がある場
合には、通信可能な範囲内にある各送受信機のうち最も
効率的（例えば通信距離が近い等）な通信相手とデータ
の送受信を行うようにルート情報を書き換えた後、制御
信号を発信して各送受信機とのデータの送受信を行う。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例につ
いて添付図面と共に詳述する。図１は通信システムの全
体構成を示す説明図、図２はコントロールパネルと各送
受信機とのデータ通信路を示す説明図、図３は伝送を行
うデータ構成及びデータ通信方法を示す説明図、図４は
送信部または受信部の構成を示す断面図、図５は送受信
機の構成を示すブロックダイアグラムである。

【００１０】まず、図１と共に本実施例の通信システム
の基本的な構成について説明する。なお、本実施例では
ガスの自動検針システムを例に挙げて説明する。１は管
路の一例である集合住宅等に配設された既設のガス管で
ある。ガス管１は音波の伝播上、金属管が好ましいが、
音波を目的地（受信装置）まで十分伝播可能であれば合
成樹脂管、土管等でもよい。２は計測手段としての電子
式ガスメータであり、従来公知のメータが用いられる。
このガスメータ２は、ガス管１に流れるガス量から積算
使用ガス量等を検知可能になっている。上記ガスメータ
２が検知した積算使用ガス量等が送信されるデータとな
る。当該データは電気信号として送出される。上記ガス
メータ２から送られた積算使用ガス量等のデータを示す
電気信号は、変調部により変調されて成る変調信号を生
成する。本実施例において変調方式としては、ノイズに
強いスペクトラム拡散方式が採用されている。ノイズ等
の問題がなければＡＭ、ＦＭ等の変調方式でもよい。

【００１１】３は送受信機であり、ガス管１に取り付け
られている。この送受信機３は、ガスメータ２の近傍に
並んで配設されている。上記送受信機３において、送信
部は、変調部で生成された前記変調信号を音波に変換し
てガス管１へ伝播、送出する。また、受信部は、他の送
信部からガス管１へ送出され伝播して来る前記音波を受
信し、電気信号である変調信号に変換して復調した後、
制御部において通信プロトコルにしたがって送信データ
を作成し、該データを送信部に転送してデータ信号を増
幅して音波に変換してガス管１へ送出する。本実施例に
おいてはガス管１には管路に沿って複数の送受信機３が
配備されており、各送受信機３は中継機能を備え、ガス
管１を伝播して来る音波を受信してこれを増幅して予め
アドレスが指定された他の送受信機３に送信するように
構成されている。

【００１２】４は信号制御手段としてのコントロールパ
ネル（センター）であり、上記送受信機３との間で、デ
ータの入出力を一元的に集中管理を行い（例えばガス使
用料等が計算される）、送受信機３に対して制御信号を
送信する。上記コントロールパネル４には、入力された
数値に基づき演算を行ったり、各部の動作を制御する制
御命令を発するＭＰＵ（マイクロプロセッサ）、該ＭＰ
Ｕのワークエリアとして使用され、各種データの一時保
存等を行うＲＡＭ、上記ＭＰＵの制御プログラム等を記
憶したＲＯＭ等が設けられている。

【００１３】次に図４を参照して、送受信機３の具体例
について説明する。５は筐体であり、ガス管１へ取り付
けられる。筐体５はガス管１と共に埋設されるので、合
成樹脂で気密に形成されている。６はコイルであり、磁
性体のコア７に電線を巻回して成る。このコイル６は、
変調部または復調部へ電気的に接続されている。８は振
動板であり、磁性体で形成されている。振動板８は筐体
５下部に振動可能に取り付けられている。筐体５がガス
管１へ取り付けられた際に、振動板８はガス管１へ下面
が接触するようになっている。送信部の場合、振動板８
の振動によりガス管１へ音波を送出し、受信部の場合、
ガス管１を伝播して来る音波を振動板８が受信すると振
動する。なお、振動板８は送信部の場合、磁性材料で形
成され、受信部の場合、永久磁石で形成されている。

【００１４】また、送信部の場合、コイル６に変調部の
出力である変調信号が入力され、コイル６は変調信号に
応じて励磁される。その結果、磁性材料で形成された振
動板８は変調信号に応じて振動し、ガス管１へ音波を送
出可能になる。一方、受信部の場合、ガス管１を伝播し
て来る音波を、永久磁石で形成された振動板８が受信
し、該振動板８が振動すると、コイル６に誘導電圧が発
生する。この誘導電圧を検出することにより、音波を変
調信号に変換可能となる。

【００１５】次に、図５を参照して送受信機３のより詳
しい構成について説明する。９は制御部であり、ＭＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を装備しており、ガスメータ２か
らのデータ（ガスメータ２の識別、使用水量等の計測デ
ータ等）や受信部より他の送受信機３からのデータを受
信し、復調部との間の通信プロトコルにしたがって当該
データを所定のフォーマットに変換して、送信部に転送
する。

【００１６】次に変調部１０の構成について説明する
と、１１は符号化部であり、所定のフォーマットに変換
されたデータをコード化する。本実施例の場合、２進数
のコードに変換する。１２は波形生成部であり、符号化
部１１で２進コード化されたデータを、変調をかけたデ
ィジタル信号に変換する。１３はＤ／Ａコンバータであ
り、波形生成部１５で生成されたディジタル信号をアナ
ログ信号に変換する。１４はアンプであり、Ｄ／Ａコン
バータ１３で変換されたアナログ信号を所定電圧レベル
のアナログ信号に増幅する。この増幅されたアナログ信
号が送信部へ送られ、送信部からガス管１へ音波を送出
可能になる。

【００１７】次に復調部１５の構成について説明する
と、１６はアンプであり、送信部からガス管１を介して
送信されて来た音波であって、受信部が受信し、コイル
６の誘導電圧として現れた電圧を所定電圧レベルのアナ
ログ信号に増幅する。１７はＡ／Ｄコンバータであり、
アンプ１６で増幅されたアナログ信号をディジタル変換
する。１８は検波部であり、乗算回路を含み、Ａ／Ｄコ
ンバータ１７でディジタル変換された信号を検波する。
１９はフィルタであり、本実施例では４個の周波数フィ
ルタ１９ａ（各フィルタ１９ａのフィルタリング周波数
はそれぞれ異なっている）を並列に配設して成る。各フ
ィルタ１９ａは検波部１８で検波された信号を所定の周
波数（帯域）でフィルタリングする。２０は復号部であ
り、各フィルタ１９ａによりフィルタリングされたそれ
ぞれの周波数（帯域）の出力電圧を積算し、予め定めら
れた代数処理を施し、送信部から送信されたデータ（ガ
スメータ２の識別、使用水量等の計測データ等）を復号
する。上記フィルタ１９で検波信号をフィルタリング
し、復号部２０で復号することによりスペクトラム拡散
方式の処理が行われる。なお、スペクトラム拡散方式に
おける処理は公知の方式が採用される（例えば、Ｒ．
Ｃ．ディクソン著、「最新スペクトラム拡散通信方式
（発行：ジャテック出版）」参照）。

【００１８】次に、コントロールパネルと各送受信機と
のデータ通信路、伝送を行うデータ構成及びデータ通信
方法について図２及び図３を参照して説明する。本実施
例における配管用通信システムは、ガス管１を通信路と
しており、配管経路としてはスター型或いはバス型のう
ちいずれの通信路でも採用でき、各通信路に配備された
送受信機３を中継機としてパケット単位による通信を行
う。例えば、図２に示す２階建ての集合住宅に対する配
管路を用いて説明する。以下の説明では、コントロール
パネル４をセンター（Ｃｅ）、通信路に配備された送受
信機３をノード（子機）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，
Ｈとして説明する。センター（Ｃｅ）は、通信路全体の
ルーティング情報の管理やポーリングの指示、検針デー
タの収集、通信パケットの中継、非常事態発生時の各ノ
ードへの通報、電話回線に接続するノードを介しての管
理センターとの通信、ガスボンベの元栓の開閉、或いは
動作不良ノードの管理等を行う。上記センターが持つル
ーティング情報は、直接通信可能なノード迄の距離、
各ノードへのルーティング、電話回線と接続できる
ノード等である。また、各ノード（子機）は、センター
からのポーリング応答要求に対する応答、検針データの
センターへの送信、通信パケットの中継、住宅内のホー
ムコントローラとの通信、非常事態発生時のセンターへ
の通報、元栓の開閉、或いはメータ内の遮断弁の閉鎖等
を行う。上記各ノードが持つルーティング情報は、直
接通信可能なノード迄の距離、自分よりもセンター側
にあるノードとその順序、自分より非センター側（セ
ンターより遠い方向）にあるノードとその順序等であ
る。

【００１９】通信動作について説明すると、通常の検針
データ収集は、センター（Ｃｅ）が順次各ノードを呼び
出してその呼び出しに応答するかたちをとり、各ノード
からセンターの呼び出しは行わない。上記センターが通
信を統率することにより、パケットの衝突を回避するこ
とができる。但し、緊急連絡や，電話回線接続ノードか
らのセンター呼び出しは、子機からセンターを呼び出す
ものとする。

【００２０】また、上記センターは、定期的なポーリン
グにより応答のないノードは、不良ノードとしてセンタ
ーで管理し、管理センターへ連絡する。そして、不良ノ
ードが改善されるまで、その両側のノードは不良ノード
をとばして通信を行う。また、定期的なポーリングで発
見できずに、通信中に不良ノードを発生した場合には、
その両側のノードは定期的ポーリングでセンターが作成
した通信可能ノードの距離表を用いて、次に近いノード
を選んで不良ノードをとばして通信を行う。

【００２１】また、システムに新しいノードを追加した
場合には、新しいノードが周辺のノードへ自分が挿入さ
れたことをセンターへ知らせるように呼びかける。その
呼びかけを受けたノードは、その情報をセンターへ通報
する。センターは、そこで、システム全体にポーリング
をかけ、新しいノードの配置表，距離表，ルーティング
を作成する。なお、ノードが撤去された場合には、不良
ノード発生時と同じ処理を行えば良い。

【００２２】ここで、センターが行うポーリングの目的
及び方法について説明する。ポーリングは、ノードの設
置状況，該設置状況に応じたルーティングの決定のため
定期的に行われる。ポーリングは以下の手順で行われ
る。 （１）センターが各ノードに対して応答要求を出す。 （２）各ノードの受信レベルより距離を判定し、センタ
ーは直接通信可能なノード、各ノードへの距離について
表を作成する。 （３）センターから最も近いと思われるノードに対して
ポーリングに対してポーリング開始を指示する。 （４）指示を受けたノードは、各ノードに対して応答要
求を出し、（２）と同じ表を作成する。 （５）ポーリングを行ったノードは、最も近いと思われ
るノードにポーリング開始を指示する。（このときポー
リングを終了しているノードは除かれる。） （６）上記（４）（５）の動作を繰り返し行い、次にポ
ーリングを指示するノードがなくなれば、ポーリングを
指示したノードに終了を伝える。 （７）ポーリング終了を受けたノードは、そのノードに
指示を出したノードへポーリング終了を伝える。このと
き、そのノードより非センター側のノードのアドレスを
通信データとして送る。 （８）上記（７）を繰り返すことにより、ポーリング終
了をセンターへ伝える。 （９）一番近いノードからポーリング終了を受けたセン
ターは、順次近いノードにポーリング開始の指示を出
す。このとき、ポーリングが終了しているノードは除か
れる。 （１０）センターから直接通信可能なノードが全てポー
リングを終了すれば、ポーリングを終了する。 以上の動作で各ノードに作成される直接通信可能なノー
ド、各ノードへの距離との関係について表を例示すると
以下のようになる。センター及び子機は括弧内に示すノ
ード番号により表示するものとする。なお、初期データ
として、各ノード間の距離（図２参照）のみを与え、ポ
ーリング応答要求を出すときに、一定の距離のノードま
では通信可能であるがそれ以上は通信不能として非要求
ノードへの伝達は行わないものとした。また今回の通信
可能距離は１０ｍに設定した。

【表１】 表１に基づいて、図２においてセンターからのデータ通
信路をノード番号で示すと次のようになる。 下りパス（センターからノード向け） ０１→０２→０３→０４→０５→０６→０７→０８

【表２】 表２に基づいて、図２においてノード０５からのデータ
通信路をノード番号で示すと次のようになる。 下りパス（センターからノード向け） ０６→０７→０８ 上りパス（ノードからセンター向け） ００

【００２３】次に、図３を参照して通信データ、即ちパ
ケットの構成について説明する。図３（ａ）において、
ヘッダ，フッタは、それぞれパケットの開始，終了を示
す符号である。区別は、ノードからセンター方向、或い
はセンターからノード方向かのパケットの通信方向を表
す区分である。送信先は、パケットの送信先のアドレス
情報を示す。送信元は、パケットの送信元のアドレス情
報を示す。中継先は、パケットを次に中継するノードの
アドレス情報を示す。コマンドは、センターからの制御
命令を示す。通信データは、各ノード或いはセンターが
持つルーティング情報を示す。

【００２４】次に、通信データの伝送例について図３
（ｂ）〜（ｇ）を参照して説明する。本実施例は、図２
において、センター（Ｃｅ）から子機Ｇ（ノード番号
（０７））へ伝送する場合について説明する。前述した
ように、センター（Ｃｅ）はポーリングによりルートデ
ータをもっており、センターは通信可能距離内で最も効
率の良いルートを選択して通信データを送信する。図３
（ｂ）は、センター（ノード番号（００））より子機Ｅ
（ノード番号（０５））を中継して子機Ｇ（ノード番号
（０７））へ通信データ（検針データ送信要求）を送信
する。この通信データは全装置（子機Ａ〜Ｇ）に対して
伝送されるが、自分のノード番号で無い場合（本実施例
の場合、子機Ａ〜Ｄに相当）には、応答を返さない。ま
た、下流側にデータを管理する装置（本実施例では子機
Ｅに相当）がある場合には、下流側へデータを伝送する
ものとする。

【００２５】次に、図３（ｃ）に示すように、装置Ｅで
は図３（ｂ）のデータのうち、中継元（ノード番号（０
５））と中継先（ノード番号（０６））を書き換えて下
流側へ伝送する。また、図３（ｄ）に示すように、装置
Ｆでは図３（ｃ）のデータのうち、中継元（ノード番号
（０６））と中継先（ノード番号（０７））を書き換え
て下流側へ伝送する。

【００２６】次に、図３（ｅ）に示すように、装置Ｆで
は自分自身に対するデータであるので、データの通信方
向をノードからセンター方向とし、子機Ｇ（ノード番号
（０７））より子機Ｆ（ノード番号（０６））を中継し
てセンター（ノード番号（００））へ通信データ（検針
データ報告要求）を送り返す。

【００２７】次に、図３（ｆ）に示すように、装置Ｆで
は図３（ｅ）のデータのうち、中継元（ノード番号（０
６））と中継先（ノード番号（０５））を書き換えて下
流側へ伝送する。また、図３（ｇ）に示すように装置Ｅ
では、図３（ｆ）のデータのうち、中継元（ノード番号
（０５））と中継先（ノード番号（００））を書き換え
て伝送し、送信先であるセンター（ノード番号（０
０））へ到達してデータの送受信が完了する。上記動作
を繰り返すことにより、配管路に配備された各送受信機
との間でデータの送受信が行われる。

【００２８】上記構成によれば、先ず配管路に配備され
る送受信機３にデータを増幅して送受信する中継機能を
持たせることにより、データ（音波）が減衰することな
く伝送でき、長距離伝送が可能となる。また、末端の送
受信機３では一定の信号レベルで信号を受信できるた
め、信頼性の高いデータ伝送を行うことが可能となる。
また、各送受信機３が中継機能を持つことにより、中継
機（増幅器）を設置する必要がなく、更には１つのセン
ターで監視できる子機のエリアが広がるため、多くの需
要家を一括して集中管理することができるので、システ
ムを簡略化できる。

【００２９】また、センターは、ポーリングを随時行う
ことによりルート情報を書き換えているため、仮に中継
する送受信機３が故障した場合でも、別の通信ルートを
選択して通信することができる。また、ポーリングを行
うときに、各送受信機３の受信レベルを測定して、信号
を増幅させるため、受信レベルが完全に読めなくなる事
態は起こり難く、確実に送受信を行うことが可能とな
る。

【００３０】この集中検針システムはガスの使用量に限
らず、配管路として水道管を利用した水道の使用料検針
システムや、配管路を確保できれば電気使用量等、種々
のデータの収集を行うことができる。以上、本発明の好
適な実施例について種々述べてきたが、本発明は上述の
実施例に限定されるのではなく、発明の精神を逸脱しな
い範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、前述したように、配管路に配
備される送受信手段にデータを増幅して送受信する中継
機能を持たせることにより、データ（音波）が減衰する
ことなく伝送でき、長距離伝送が可能となる。また、末
端の送受信手段では一定の信号レベルで信号を受信でき
るため、信頼性の高いデータ伝送を行うことが可能とな
る。また、各送受信手段が中継機能を持つことにより、
中継機（増幅器）を設置する必要がなく、更には１つの
信号制御手段で監視できる送受信手段のエリアが広がる
ため、多くの需要家を一括して集中管理することができ
るので、システムを簡略化できる。

【００３２】また、信号制御手段は、ポーリングを随時
行うことによりルート情報を書き換えているため、仮に
中継する送受信手段が故障した場合でも、別の通信ルー
トを選択して通信することができる。また、ポーリング
を行うときに、各送受信手段の受信レベルを測定して、
信号を増幅させるため、受信レベルが完全に読めなくな
る事態は起こり難く、確実に送受信を行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】通信システムの全体構成を示す説明図である。

【図２】コントロールパネルと各送受信機とのデータ通
信路を示す説明図である。

【図３】伝送を行うデータ構成及びデータ通信方法を示
す説明図である。

【図４】送信部または受信部の構成を示す断面図であ
る。

【図５】送受信機の構成を示すブロックダイアグラムで
ある。

【符号の説明】

１ ガス管 ２ ガスメータ ３ 送受信機 ４ コントロールパネル ５ 筐体 ６ コイル ７ コア ８ 振動板 ９ 制御部 １０ 変調部 １１ 符号化部 １２ 波形生成部 １３ Ｄ／Ａコンバータ １４，１６ アンプ １５ 復調部 １７ Ａ／Ｄコンバータ １８ 検波部 １９ フィルタ ２０ 復号部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データの通信を配管内を通信路として使
   用し、中継点において送受信を行うことにより配管内通
   信を１：ｎで行う配管内通信システムにおいて、 データの入出力制御を行うための信号制御手段と、 前記信号制御手段との間でデータの入出力を行うための
   配管路の複数の中継点に各々配備された送受信手段と、
   を備え、 前記複数配備された各送受信手段は、信号制御手段の有
   するルート情報に応じて、特定の中継点に配備された送
   受信手段に対して信号を増幅して送受信する中継機能を
   備えたことを特徴とする配管内通信システム。
2. 【請求項２】 前記信号制御手段は、複数配備された各
   送受信手段より随時データの受信レベルを測定し、中継
   点となり得る各送受信手段のうち最も効率的な通信相手
   とデータの送受信を行うようにルート情報を書き換えて
   制御信号を送信することを特徴とする請求項１記載の配
   管内通信システム。